Ex Vivo Culture de perfusion de gros vaisseaux sanguins dans un bioréacteur imprimé en 3D
28 juillet 2023
Ce protocole présente la mise en place et le fonctionnement d’un bioréacteur nouvellement développé, imprimé en 3D, pour la culture ex vivo de vaisseaux sanguins en perfusion. Le système est conçu pour être facilement adopté par d’autres utilisateurs, pratique, abordable et adaptable à différentes applications expérimentales, telles que la biologie fondamentale et les études pharmacologiques.
Nous avons développé un bioréacteur simple, rentable et adaptable pour la culture de vaisseaux sanguins in vitro. L’application du flux physiologique et des forces pulsatiles aux vaisseaux sanguins garantit que les cellules du tissu restent viables. L’application de bioréacteurs, tels que celui que nous avons décrit ici, permet la culture de vaisseaux sanguins ex vivo et réduit le recours à l’expérimentation animale dans la recherche.
L’application de forces hémodynamiques est cruciale pour maintenir un vaisseau sanguin sain en culture, tandis que les bioréacteurs à profusion sont une excellente solution pour obtenir cet environnement dynamique. Les systèmes décrits dans la littérature existante sont souvent difficiles à reproduire, coûteux et difficiles à adapter. Nous avons développé un nouveau système de perfusion appelé EasyFlow.
Ce système est économique à produire, s’adapte à une gamme différente de tissus et est simple à modifier afin que les chercheurs puissent l’adapter à leurs besoins expérimentaux. La production est open source, basée sur un modèle 3D, et est accessible via le papier. De plus, il peut être adapté aux besoins de la recherche basée sur ce modèle 3D.
EasyFlow est actuellement utilisé pour tester des mécanismes de réparation vasculaire, tels que les cellules souches ou les thérapies à base de biomatériaux. Nous visons également à utiliser ce bioréacteur pour induire la maturation de vaisseaux sanguins issus de l’ingénierie tissulaire.
Aperçu
Ce protocole décrit la mise en place et le fonctionnement d'un bioréacteur nouvellement mis au point, imprimé en 3D, destiné à la culture ex vivo de vaisseaux sanguins en perfusion. Le système est conçu pour être facilement adopté par d'autres utilisateurs, pratique, abordable et adaptable à différentes applications expérimentales.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Technologie des bioréacteurs
- Biologie vasculaire
- Ingénierie tissulaire
Contexte
- Les systèmes de bioréacteurs existants sont souvent coûteux et difficiles à reproduire.
- Les flux physiologiques et les forces pulsatives sont essentiels pour maintenir la viabilité cellulaire dans les vaisseaux sanguins.
- La réduction de la dépendance aux expériences sur les animaux constitue un objectif clé de la recherche vasculaire.
- Le développement de modèles open source peut améliorer l'accessibilité pour les chercheurs.
Objectif de l'étude
- Présenter un bioréacteur économique et adaptable pour la culture de vaisseaux sanguins.
- Faciliter l'étude des mécanismes de réparation vasculaire.
- Fournir une plateforme pour tester des thérapies basées sur les cellules souches et les biomatériaux.
Méthodes utilisées
- Développement du système de perfusion EasyFlow.
- Application de forces hémodynamiques à des vaisseaux sanguins en culture.
- Production open source basée sur un modèle 3D.
- Adaptation du système à divers besoins expérimentaux.
Résultats principaux
- Le système EasyFlow est économique et facile à modifier.
- Il permet de travailler avec une variété de tissus à des fins de recherche.
- Ses premières applications incluent l'étude des mécanismes de réparation vasculaire.
- Le système favorise la maturation de vaisseaux sanguins conçus par ingénierie tissulaire.
Conclusions
- Le bioréacteur EasyFlow offre une solution pratique pour la recherche vasculaire.
- Il favorise la viabilité des vaisseaux sanguins en culture grâce à des conditions dynamiques.
- Ce système peut réduire considérablement le recours aux modèles animaux dans la recherche.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La culture standardisée sous perfusion ex vivo de gros vaisseaux sanguins comble un manque critique dans la recherche translationnelle vasculaire en permettant des études physiologiquement pertinentes et reproductibles, indépendantes des modèles animaux. La plateforme de bioréacteur imprimé en 3D permet une détection mécanistique des risques et accélère les tests d'hypothèses thérapeutiques dans le domaine de la réparation vasculaire et du génie tissulaire. Cette capacité renforce la fiabilité prédictive au niveau de l'interface entre la découverte scientifique et le développement préclinique pour les programmes cardiovasculaires.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Permet d'étudier les mécanismes de réparation vasculaire dans des conditions hémodynamiques contrôlées.
- Permet la validation fonctionnelle d'hypothèses thérapeutiques fondées sur les cellules souches et les biomatériaux.
- Facilite la réduction des risques biologiques en maintenant la viabilité des tissus ex vivo.
- Améliore la fiabilité prédictive du choix des cibles en recherche sur les maladies vasculaires.
Développement de criblages et de tests
- Offre une plateforme reproductible pour l'évaluation quantitative des réponses vasculaires à des thérapies candidates.
- Standardise les conditions de culture dynamique afin de permettre la comparabilité et l'extensibilité des tests.
- Permet la préparation de systèmes biologiques validés pour des protocoles de criblage en aval.
- Facilite une évaluation fiable des effets de composés ou de biomatériaux sur les tissus vasculaires.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur les conditions physiologiques pertinentes pour les études translationnelles de biomarqueurs liés aux maladies.
- Permet de passer des découvertes préliminaires à la validation préclinique en réduisant la dépendance aux modèles animaux.
- Appuie les décisions d'avancement ajustées au risque pour les programmes de réparation vasculaire et de génie tissulaire.
- Facilite les études de maturation de vaisseaux sanguins ingénierisés sous un flux physiologiquement pertinent.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce bioréacteur imprimé en 3D s'intègre dans la continuité découverte-préclinique en permettant la culture de vaisseaux ex vivo, les tests mécanistiques et la modélisation translationnelle.
- Biologie de la découverte : Soutient la vérification d'hypothèses et la clarification des voies impliquées dans les stratégies de réparation vasculaire.
- Criblage : Fournit des conditions d'essai standardisées et reproductibles pour une évaluation quantitative.
- Analytique : Fournit des mesures dynamiques de la viabilité des vaisseaux et de leur réponse sous écoulement physiologique.
- Recherche translationnelle : Permet une continuité allant de la découverte in vitro à la validation dans des modèles précliniques.
- Réutilisation en entreprise : Offre une plateforme ouverte et adaptable pour une adoption étendue en recherche et développement.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche vasculaire.
- Valeur opérationnelle : Améliore la standardisation, la reproductibilité et l'évolutivité des protocoles de culture de vaisseaux.
- Valeur stratégique : Permet de mieux décider du passage ou non à l'étape suivante et accroît l'efficacité du capital en réduisant la dépendance aux modèles animaux.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation et une avancée ajustées au risque des candidats au réparation vasculaire.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en biologie vasculaire et en ingénierie tissulaire pour une utilisation optimale.
- Suppose un accès à une infrastructure d'impression 3D et d'instruments de perfusion.
- Exige une standardisation interéquipes pour des conditions de culture dynamique reproductibles.
- Adaptable à divers types de vaisseaux et modèles expérimentaux.
- Les limites pratiques incluent la durée de la culture et la compatibilité tissulaire, telles que soutenues par les données actuelles.
